Cannocchiale

Il cannocchiale raccoglie la luce di un oggetto lontano con una lente o uno specchio e ingrandisce l'immagine che ne forma. Alcuni occhialai dei Paesi Bassi costruirono i primi nel 1608, e gli strumenti perfezionati di Galileo mostrarono montagne sulla Luna alla fine del 1609 e quattro satelliti in orbita attorno a Giove nel gennaio 1610.

Che cos’è

Il cannocchiale e il telescopio fanno sembrare vicine le cose lontane. Il loro elemento principale, l’obiettivo, raccoglie molta più luce della pupilla e forma un’immagine dell’oggetto lontano; un oculare più piccolo ingrandisce poi quell’immagine per l’occhio. Nel cannocchiale, o rifrattore, l’obiettivo è una lente sul davanti del tubo; nel telescopio a riflessione è uno specchio curvo in fondo.

Lo strumento della tavola è uno dei due cannocchiali di Galileo Galilei giunti fino a noi, conservato al Museo Galileo di Firenze. Il tubo principale è fatto di due mezzi tubi di legno tenuti insieme da filo di rame e rivestiti di carta. Un corto alloggiamento sul davanti regge l’obiettivo, una lente convessa di 51 mm di diametro e 1330 mm di focale; un altro, dietro, regge l’oculare, una piccola lente concava. Lo strumento ingrandisce 14 volte e mostra un campo di appena un quarto di grado, circa metà del diametro della Luna piena.

Come funziona

La luce di una stella o di un campanile lontano arriva come un fascio quasi parallelo. L’obiettivo convesso lo devia facendolo convergere verso un punto, il fuoco, che nel cannocchiale di Galileo si trova 1330 mm dietro la lente. Da solo l’obiettivo vi formerebbe una piccola immagine capovolta.

Il telescopio di Newton sostituì la lente dell’obiettivo con uno specchio metallico curvo in fondo a un tubo corto; un piccolo specchio piano manda la luce di lato.

Nello schema galileiano l’oculare concavo intercetta la luce convergente prima che raggiunga il fuoco. Allarga i raggi quanto basta per renderli di nuovo paralleli, ma ora viaggiano con angoli più ampi di quando sono arrivati: l’occhio vede l’oggetto più grande e diritto. L’ingrandimento è la focale dell’obiettivo divisa per quella dell’oculare, senza contare il segno meno di quest’ultima: 1330 mm diviso 94 mm dà circa 14.

Nel 1611 Giovanni Keplero propose un oculare convesso. Il cannocchiale kepleriano dà un’immagine capovolta, cosa che a un astronomo non dà fastidio, e un campo molto più largo, e diventò il comune cannocchiale astronomico. Una lente inoltre devia ogni colore in modo un po’ diverso e circonda gli oggetti brillanti di frange colorate. Isaac Newton evitò il difetto raccogliendo la luce con uno specchio concavo, che riflette allo stesso modo tutti i colori.

Come costruirlo

Un cannocchiale galileiano come quello di Galileo richiede due lenti e un tubo di circa un metro.

Scegliere le lenti. Per l’obiettivo, una lente convergente di circa +1 diottria (1000 mm di focale) e 40-50 mm di diametro; va bene una lente semplice, mentre un doppietto acromatico di un fornitore di ottica dà un’immagine più nitida. Per l’oculare, una lente divergente di circa −10 diottrie (−100 mm di focale) e 20-25 mm di diametro. Questa coppia ingrandisce 1000 : 100 = 10 volte.

Fare il tubo. Le lenti vanno poste a circa 900 mm l’una dall’altra: la focale dell’obiettivo meno quella dell’oculare, presa senza il segno meno. Usate due tubi di cartone o di plastica che scorrano uno dentro l’altro, per regolare la lunghezza di qualche centimetro. Dipingete o rivestite l’interno di nero opaco per eliminare i riflessi.

Montare le lenti. Fissate l’obiettivo all’estremità anteriore fra due anelli di cartone o di legno, ben perpendicolare al tubo. Mettete l’oculare in un corto tappo all’estremità posteriore, con il lato cavo verso l’occhio.

Al primo quarto, alcune vette illuminate oltre la linea d’ombra mostrarono a Galileo che la Luna aveva montagne.

Mettere a fuoco e osservare. Appoggiate il tubo su qualcosa di stabile, un treppiede fotografico o una staccionata, e fate scorrere i tubi finché un comignolo lontano non appare nitido. Di notte si vedono i crateri della Luna e, in una serata calma, i quattro satelliti maggiori di Giove.

Sicurezza. Non puntate mai un cannocchiale né alcuna lente verso il Sole, neppure per un attimo o al tramonto, e non lasciatelo mai dove un bambino potrebbe farlo: la luce solare concentrata può danneggiare l’occhio all’istante e per sempre, e può incendiare il tubo. Per guardare il Sole attraverso uno strumento serve un filtro costruito apposta, che copra tutta l’apertura anteriore, fissato saldamente, controllato ogni volta per graffi e fori e usato secondo le istruzioni del fabbricante. Gli occhialini per eclissi e i filtri avvitati sull’oculare non proteggono dietro un cannocchiale.

Storia ed evoluzione

Il 2 ottobre 1608 Hans Lipperhey, occhialaio di Middelburg, chiese agli Stati Generali, all’Aia, un brevetto per uno strumento con cui vedere le cose lontane come se fossero vicine. Jacob Metius di Alkmaar presentò una domanda simile qualche settimana dopo, altri rivendicarono la stessa idea e il brevetto fu negato. Nessun cannocchiale di quei primi costruttori si è conservato; quello di Lipperhey ingrandiva probabilmente circa tre volte.

Giove e i suoi quattro grandi satelliti stanno quasi su una linea; nel gennaio 1610 Galileo li vide cambiare posto da una notte all’altra.

La notizia dell’«occhiale olandese» si diffuse in fretta. In Inghilterra Thomas Harriot usava uno strumento da sei ingrandimenti già nell’estate del 1609, e a Padova Galileo, che molava da sé le sue lenti, costruì un occhiale da tre ingrandimenti nell’estate del 1609 e ne presentò uno da otto al Senato veneziano in agosto. In autunno arrivava a una ventina; le fonti non concordano se abbia studiato la Luna prima con questo strumento o con uno più debole. Il suo secondo cannocchiale conservato ingrandisce 21 volte. Nel marzo 1610 il suo breve libro Sidereus Nuncius descrisse le montagne della Luna, le innumerevoli stelle della Via Lattea e quattro satelliti in orbita attorno a Giove. Il nome telescopio fu proposto nel 1611 dal principe Federico Cesi, fondatore dell’Accademia dei Lincei.

Gli astronomi costruirono poi cannocchiali sempre più lunghi per ridurre lo sfocato colorato. Chester Moore Hall realizzò verso il 1733 obiettivi acromatici fatti con due tipi di vetro, che si diffusero però solo quando John Dollond cominciò a produrli alla fine degli anni Cinquanta del Settecento. Il telescopio di Newton, progettato nel 1668 e presentato in una seconda versione alla Royal Society a cavallo fra il 1671 e il 1672, fece da modello ai telescopi a specchio che William Herschel costruiva da sé; con uno di essi scoprì il pianeta Urano nel 1781.